Lokalizacja (fizyka)
Akt zlokalizowania czegoś, znalezienia lub określenia miejsca czegoś, jest podstawową ideą współczesnej nauki. W fizyce, aby powiedzieć, co znaczy "zlokalizować" lub "lokalizować", musimy wyjaśnić w jasny sposób, jak wykonujemy pracę polegającą na zlokalizowaniu czegoś.
W przypadku rzeczy dotyczących naszego rozmiaru, zazwyczaj używamy dwóch punktów początkowych, o których wszyscy wiedzą, a następnie mierzymy od tych punktów do rzeczy, którą chcemy podać lokalizację. Możemy zacząć od Plymouth Rock i Blarney Stone. Następnie możemy powiedzieć: "Statek kapitana Smitha jest 1400 mil od Plymouth Rock w kierunku Blarney Stone". Albo w innym przypadku możemy powiedzieć: "Statek kapitana Jonesa można znaleźć rysując linię od Plymouth Rock do Blarney Stone, znajdując punkt 700 mil wzdłuż tej linii od Plymouth Rock, skręcając w lewo o 90° po dotarciu do tego punktu od Plymouth Rock, a następnie podróżując dodatkowe 90 mil.
Jeśli mamy jakiś dobry sposób na poznanie kierunków działania kompasu, możemy powiedzieć coś w stylu: "Idź trzy mile na północ od tej wielkiej białej skały, a następnie idź dwie mile na wschód od tego punktu. Tam właśnie włożyłem złoto."
Znalezienie miejsca, w którym coś się znajduje, zwykle odbywa się poprzez zobaczenie tego miejsca, usłyszenie go gdzieś, poczuć go gdzieś, itp. Czasami wiemy gdzie coś jest, patrząc na fotografię, znajdując to zdjęcie radarem, lub pingując to sonarem.
Znacznie trudniej jest zlokalizować elektron, foton, czy cokolwiek innego w tym małego. Możemy zbudować źródło światła, które wytwarza tylko jeden foton na raz. Możemy skierować źródło światła na kawałek kliszy fotograficznej, pozwolić, aby źródło światła tworzyło jeden foton, a następnie wywoływać kliszę fotograficzną. Gdybyśmy mieli bardzo czułą kliszę fotograficzną, która może być zaciemniona tylko przez jeden foton, to znaleźlibyśmy maleńką srebrną plamkę w miejscu, gdzie foton się skończył. Srebrny atom jest znacznie większy niż foton, więc byłoby trochę rozmycia co do tego, gdzie foton się skończył, ale ludzie prawdopodobnie zgodziliby się, że foton musiał skończyć gdzieś w obrębie celu utworzonego przez srebrny atom. Możemy jednak tylko powiedzieć, że foton musiał znajdować się w tym miejscu, w którym zakończył swoje istnienie. Kiedy foton jest pochłaniany przez elektron, oddaje swoją energię do elektronu i znika. Więc kiedy był na krótko w jakimś konkretnym miejscu, natychmiast stracił cały swój ruch.
Innym sposobem na zlokalizowanie fotonu jest przeprowadzenie go przez małe miejsce. Wiedząc kiedy źródło światła wysyła foton, a także znając prędkość światła, możemy wiedzieć kiedy musi przejść przez otwór w płytce umieszczonej w środku jego drogi do filmu. Możemy stopniowo zbliżać się coraz bliżej, aby dowiedzieć się, gdzie dokładnie znajduje się on w środku swojego lotu. Jednak droga, jaką będzie stamtąd wieść, staje się stopniowo dzika. Dzieje się tak dlatego, że kiedy foton przechodzi przez taką dziurę, doświadcza dyfrakcji.
Pytania i odpowiedzi
P: Jaka jest podstawowa idea współczesnej nauki?
O: Podstawową ideą współczesnej nauki jest zlokalizowanie czegoś lub znalezienie i określenie pozycji czegoś.
P: Jak zwykle znajdujemy rzeczy w naszym zakresie rozmiarów?
O: Zazwyczaj używamy dwóch punktów początkowych, które wszyscy znają, a następnie mierzymy od tych punktów do obiektu, któremu chcemy nadać lokalizację.
P: Jak można znaleźć położenie statku?
A: Moglibyśmy powiedzieć: "Statek kapitana Smitha jest 1400 mil od Plymouth Rock, kieruje się w stronę Blarney Stone". Albo w innym przypadku moglibyśmy powiedzieć: "Statek kapitana Jonesa można znaleźć, kreśląc linię od Plymouth Rock do Blarney Stone, znajdując punkt 700 mil wzdłuż tej linii od Plymouth Rock, skręcając o 90° w lewo po dotarciu do tego punktu z Plymouth Rock, a następnie pokonując kolejne 90 mil. Jeśli dobrze znamy kierunki z kompasu, możemy powiedzieć coś w rodzaju: "Idź trzy mile na północ od tej dużej białej skały, a następnie dwie mile na wschód od tego punktu. Tam właśnie położyłem złoto".
P: Jak zlokalizować małe obiekty, takie jak elektrony lub fotony?
O: Zlokalizowanie elektronu lub fotonu jest znacznie trudniejsze niż zlokalizowanie większych obiektów. Jednym ze sposobów ich zlokalizowania byłoby zbudowanie źródła światła, które wytwarza tylko jeden foton na raz i skierowanie go na kliszę fotograficzną; gdyby użyli Państwo bardzo czułej kliszy fotograficznej, która może być zaciemniona tylko przez jeden foton, srebro miałoby maleńką plamkę w miejscu, w którym się kończy. Innym sposobem byłoby, aby foton przeszedł przez mały otwór; wiedząc, kiedy źródło światła emituje foton i jaka jest jego prędkość, możemy wiedzieć, kiedy musi on przejść przez wspomniany otwór w drodze na kliszę fotograficzną.
P: Co się dzieje, gdy fotony są absorbowane przez elektrony?
O: Kiedy fotony są absorbowane przez elektrony, oddają swoją energię elektronowi i znikają. Dlatego, gdy tylko na chwilę znajdą się w określonym miejscu, natychmiast tracą wszelki ruch.
